Njohuri mbi LCD-të (Liquid Crystal)

Vizitor

Njohuri mbi LCD-të (Liquid Crystal)
Harduer / Standarde - 29/06/2004 -
Shkruar nga:
Fisnik ZOGAJ -

Njohuri mbi LCD-të (Liquid Crystal) Shtype

Për shtypës

Koment:, Kristali i lëngët apo LC-ja (angl. Liquid Crystal) është substancë, e cila sillet si e lëngët dhe e ngurtë.
Ne këtë shkrim ju do te mund te lexoni se cka jane LCD-te, si eshte
strukutra e tyre, si punojne dhe se ne cfare paisje elektronike
perdoren.

- Kristalet e lëngëta
- Çka i bën të veçanta kristalet e lëngëta
- Historia e treguesve me kristal të lëngët
- Treguesit me kristal të lëngët – LCD-të
- Si punojnë LCD-të
- Ndërtimi i një LCD-je të thjeshtë
- Teknologjia e LCD-ve
- Publikimet e fundit në teknologjinë e LCD-ve
- Literatura

Kristali i lëngët

Kristali i lëngët apo LC-ja (angl. Liquid Crystal) është substancë, e
cila sillet si e lëngët dhe e ngurtë. Në këtë kristal, molekulat mund
të lëvizin pranë njëra tjetrës relativisht lehtë, pothuaj si molekulat
në lëngje. Megjithatë, të gjitha molekulat në kristalin e lëngët
tentojnë që të jenë të orientuara në mënyrë të ngjashme, pothuaj sikur
rregullimi molekular në kristalin e ngurtë. Kristalet e lëngëta e
ruajnë natyrën e tyre të dyfishtë, të lëngët dhe të ngurtë, vetëm mbi
një shkallë të caktuar të temperaturës dhe shtypjes.
Në temperaturat mjaft të larta ose shtypjet e ulëta, renditja
orientuese kalon në rrotullime të rastësishme të molekulave, duke
shkaktuar që kristali i lëngët të bëhet kristal i zakonshëm. Në
temperaturat mjaft të ulëta ose shtypje të larta, molekulat në
kristalin e lëngët humbin mundësinë e lëvizjes pranë njëra tjetrës dhe
kristali i lëngët ngurtësohet.
Shumë klasë të kristaleve të lëngëta, përfshijnë format nematike,
kolesterike dhe lloje të ndryshme të atyre smektike, secila e
karakterizuar me renditje të ndryshme hapësinore të molekulave. Tiparet
optike të kristalit të lëngët, shpesh mund të manipulohen me
nënshtrimin e kristalit të lëngshëm fushës magnetike ose asaj
elektrike, që e ndërron orientimin e molekulave të tij. Për shembull,
me zbatimin e një fushe të vogël elektrike, disa substanca të kristalit
të lëngshëm, ndryshojnë nga të kthjellëta në të errëta ose fitojnë
aftësinë e rrotullimit të dritës së polarizuar.
Këto lloje të kristaleve të lëngëta, përdoren për të ndërtuar ekranë
(displejë) që përdoren në ora digjitale, kalkulatorë, televizorë,
kompjuterë dhe pajisje të tjera.
Disa kristale të lëngëta, reflektojnë gjatësi të ndryshme valore të
dritës, varësisht nga orientimi i molekulave të tyre. Orientimi i
molekulave varet nga temperatura. Këto lloje të kristaleve të lëngëta,
përdoren në termometra, që paraqesin ngjyra të ndryshme, që i
përgjigjen temperaturës së substancës me të cilën kristali i lëngët
është në kontakt.

Njohuri mbi LCD-të (Liquid Crystal) Nxerr_skedarin

Figura 1. a) Kristali i lëngët dhe b) një lloj i kristalit të lëngët

Çka i bën të veçanta kristalet e lëngëta

Kristalet e lëngëta janë materiale të renditura pjesërisht diku në mes
të fazave të tyre të ngurta dhe të lëngëta. Molekulat e tyre shpesh
janë në formë të shkopinjve apo pllakëzave ose në forma të tjera, të
cilat i nxisin ato që të radhiten në mënyrë kolektive në një drejtim të
caktuar. Renditja e kristaleve të lëngëta, mund të manipulohet me forcë
mekanike, magnetike dhe elektrike. Kristalet e lëngëta janë shumë të
ndjeshme ndaj temperaturës, pasi që në temperaturë shumë të ulët ato
shndërrohen në kristale të ngurta, ndërsa në temperaturë shumë të lartë
në të lëngët, dukuri kjo që mund të vërehet në ekranet e laptopëve kur
është shumë nxehtë ose shumë ftohtë.

Në vitin 1960, fizikani teoricient francez Pierre Gilles de Gennes (në
fotografi), i cili punonte në magnetizëm dhe super-përçueshmëri, ktheu
interesimin e tij në hulumtimin e kristaleve të lëngëta dhe shpejt
gjeti analogji magjepse në mes kristalit të lëngët dhe superpërçuesve
si edhe materialeve magnetike.
Puna e tij është shpërblyer me Çmim Nobel në Fizikë në vitin 1991.
Zhvillimi modern i kristaleve të lëngëta, që atëherë ka qenë ndikuar
nga puna e Pierre Gilles de Gennes.

Historia e treguesve me kristal të lëngët - LCD-ve

Kristalet e lëngëta për herë të parë u zbuluan në vitin 1888, nga
botanisti austriak Friedrich Reinitzer. Reinitzer, i cili punonte në
Institutin e Fiziologjisë së bimëve pranë Universitetit të Pragës,
vërejti se, kur ai e shkriu një kolesterol të çuditshëm si lëndë
(kolesteryl benzoatin), në fillim u bë lëng i turbullt dhe pastaj kur
temperatura u ngrit, u pastrua. Pas ftohjes, lëngu u kthye në të kaltër
para se të kristalizohet përfundimisht.

Figura 3. Pamja e LCD-së në ekranin e kalkulatorit

Pas tetëdhjetë viteve RCA bëri LCD-në e parë eksperimentale më vitin
1968. Që atëherë, prodhuesit e LCD-ve, vazhdimisht kanë zhvilluar
ndryshimet dhe përmirësimet në teknologji, duke i sjellur LCD-të në
nivel mahnitës të ndërlikueshmërisë teknike.

Treguesit me kristal të lëngët – LCD-të

Treguesit me kristal të lëngët (angl.Liquid Crystal Display) janë
tregues apo displejë, të cilët nuk emetojnë dritë, por ndikojnë në
ndryshimin e ndriçimit që bie në ta. Nën ndikimin e tensionit të
jashtëm, LCD-ja e shpërhap dritën, kështu që sipërfaqja deri atëherë e
ndritshme errësohet. LCD-ja përbëhet prej një shtrese të hollë të
kristalit të lëngët të vendosur ndërmjet dy sipërfaqeve prej qelqi, të
cilat nga ana e brendshme janë të veshura me një film përçues të
tejdukshëm me formë të dëshiruar, si për shembull të segmentit, të
karakterit ose të matricës me pika.

Treguesit me kristal të lëngët (LCD-të) janë llojet më të zakonshme të
treguesve me panel (tabllo) të rrafshët (angl. Flat Panel Displays -
FDP) dhe që janë përdorur së tepërmi qysh nga viti 1970. Të gjitha
LCD-të shfrytëzojnë faktin, që molekulat organike të caktuara
(kristalet e lëngëta) mund të riorientohen me anë të fushës elektrike.
Meqë këto materiale janë optikisht aktive, struktura e tyre natyrale e
thurur mund të përdoret për ta kthyer polarizimin e dritës p.sh. për 90
shkallë.

Si punon LCD-ja

Polarizimi i dritës, ka të bëjë me orientimin fizik të valëve të
rrezatuara në hapësirë. Nëse vektori i dritës lëkundet në një drejtim
të caktuar, kemi të bëjmë me dritën e polarizuar, e cila është koncept
i rëndësishëm në punën e ekranëve me LCD.

Dihet se drita përbëhet prej grimcave që quhen fotone, të cilat lëvizin
me shpejtësi të dritës. Derisa lëvizë, fotoni lëkundet (dridhet) në
rrafsh, i cili është pingul me drejtimin e tij, por brenda këtij
rrafshi, drejtimi i lëkundjeve është i rastësishëm për dritë normale
(të papolarizuar).

Disa procese dëmtojnë drejtimin e lëkundjeve. Për shembull, nëse drita
e diellit reflektohet në sipërfaqen e rrugës ose në sipërfaqen e detit
të hapur, drita e reflektuar përmban më tepër lëkundje paralele në këtë
sipërfaqe se në ate pingule me të. Në këtë rast drita është polarizuar
pjesërisht. Disa materiale, siç është plastika, e përdorur në syzet e
diellit, për polarizim, mund të absorbojë pothuajse të gjitha elementet
e lëkundjeve (dridhjeve) në drejtim të caktuar dhe i lejon vetëm ato të
lëkundjeve të drejtimit pingul. Në syzet normale, drejtimi i lëkundjeve
të pranuara është vertikal. Kjo është pse syzet e diellit për polarizim
mund të përdoren për të larguar shkëlqimin verbues të reflektimit të
dritës nga sipërfaqja e rrugës ose sipërfaqja e detit të hapur.

a)

Vizitor

b)
Figura 4. Pamja kahjes së rrezeve të dritës, a) së papolazizuar dhe b) të polarizuar

Këto katër shigjeta (nën a), paraqesin rrezet e papolarizuara të
dritës. Siq mund të shihni, shigjetat anojnë në drejtime të
rastësishme. Katër shigjetat paralele (nën b) paraqesin dritën e
polarizuar.
Për të polarizuar dritën, mund të përdoret filtri polarizues çfarë ka në syze të diellit.
Por, çka ka të bëjë kjo me LCD-të ?
LCD-të konvencionale në parim përbëhen nga një pako prej dy
polarizuesve të kundërt me kristal të lëngët në mes. Nëse molekulat
shtrihen pingul me rrafshin e polarizuesve, do të thotë përgjatë
drejtimit të rrezeve të dritës, ato nuk kanë ndikim në gjendjen e
polarizimit. Si rrjedhim, polarizuesit e kundërt nuk do të lëshojnë
dritën të depërtojë. Celula nuk duket më. Në anën tjetër, nëse
molekulat rregullohen (renditen), të jenë paralel me rrafshin e
polarizuesve, do të thotë, në rrafshin në të cilin lëkundet drita,
prania e kristalit të lëngët do të ndikoj (veproj) fuqishëm në gjendjen
polarizuese.

Figura 5. Parimi i punës së LCD-ve

Në këtë rast, ndodh që lëkundjet e dritës e shoqërojnë këtë gërshetim
nga një polarizues në tjetrin, kështu që tërë drita në fakt e kalon
celulën pa u absorbuar, pavarësisht nga fakti se polarizuesit janë të
kundërt.
Prandaj celula duket e shndritshme. Siç është cekur më herët, kristalet
e lëngëta janë të ndjeshme ndaj forcave elektrike. Nëse e zbatojmë një
fushë mjaft të fortë elektrike në kristal të lëngët të llojit të duhur,
molekulat e tij do të renditen vetëvetiu paralel me fushën elektrike.
Pra tani, duke zbatuar tension mbi celulën e kristalit të lëngët, do të
thotë se përgjatë drejtimit të dritës, do të prishet gërshetimi dhe në
vend të kësaj shtyhen molekulat në drejtim, në të cilin ato nuk
ndikojnë në gjendjen polarizuese të dritës. Tani, e tërë drita është
absorbuar nga polarizuesit e tërthortë (të kundërt) dhe celula nuk
duket më kur në të vepron fusha elekrike.
Me krijimin e një matrice prej katrorëve, që në vend të caktuar
kontrollon gjendjen e gërshetimit në hapësirat e tyre përkatëse, do të
fitohet një LCD, që përmban numër të madh të pikselëve.
Por, gjërat fillojnë të bëhen më interesante, kur ne dëshirojmë ekran
LCD me ngjyra edhe pse kemi të bëjmë me një proces mjaft të komplikuar.
Pothuaj se sikur një monitor me gyp katodik (CRT) që ka tri pika të
ngjyrosura fosfori të ndryshme për secilin piksel (RGB technology,
Red–Green–Blue), LCD-ja me ngjyra ka tri sektore të LCD-së për secilin
piksel, njërin të lyer me të kuqe, njërin me të gjelbër dhe tjetrin me
të kaltër.

Ndërtimi i një LCD-je të thjeshtë

Kombinimi i katër fakteve në vijim, i bën të mundshme LCD-të:

- Drita mund të polarizohet
- Kristalet e lëngëta mund të transmetojnë dhe ndërrojnë polarizimin e dritës
- Struktura e kristaleve të lëngëta mund të ndërrohet nga rryma elektrike
- Ka substanca të tejdukshme që mund të përçojnë elektricitetin.

LCD-ja është pajisje që përdorë këto katër fakte në mënyrë të çuditshme!

Figura 6. Pamja e shtresave përbërëse të LCD-së

Ndërtimi i një LCD-je është më thjeshë se që mund të mendohet. Fillohet
me kristalin e lëngët të vendosur në mes dy shtresave të holla të
qelqta sikur është shpjeguar më lart dhe i shtohen dy elektroda të
tejdukshme.
Në figurën 6 janë paraqitur shtresat që e përbëjnë LCD-në: nga një
pasqyrë (A) e cila e bën atë të jetë reflektuese, pastaj një shtresë
prej qelqi (B) me një shtresë të hollë të polarizuar në anën e poshtme
dhe një rrafsh i elektrodës së përbashkët (C) i përbërë nga indiumi -
oksidi i kallajisur i vendosur sipër. Rrafshi i elektrodës së
përbashkët mbështjellë hapësirën e tërë të LCD-së. Sipër tij është një
shtresë e substancës së kristalit të lëngët (D). Pastaj vjen një tjetër
pjesë e qelqtë (E) me një elektrodë në formë të drejtëkëndëshit në
pjesën e poshtme dhe në pjesën e sipërme vjen një tjetër shtresë e
hollë për polarizim (F), në kënd të drejtë me të parën..
Elektroda është e montuar në burimin e energjisë si një bateri. Kur aty
nuk ka rrymë elektrike, drita, duke depërtuar nëpërmjet ballit të
LCD-së, thjeshtë do të qëlloj pasqyrën dhe do të kërcej prapë jashtë.
Por kur bateria i furnizon elektrodat me rrymë elektrike, kristalet e
lëngëta në mes të rrafshit të përbashkët të elektrodave dhe elektrodave
në formë të drejtëkëndëshit, shthuren dhe nuk e lejojnë dritën të
depërtoj në atë vend. Kjo e bën që LCD-ja, ta paraqesë drejtëkëndëshin
si një hapësirë të zezë.

Teknologjia e LCD-ve
LCD-ja është teknologji, e cila përdoret në ekranet e kompjuterëve
laptopë, kompjuterëve të vegjël, pajisjeve portabël përfshirë
pejgjerët, telefonat celularë, PDA-të, EPOS-sët dhe në monitorët e
instrumenteve tjera. Sikurse teknologjia e diodave dritë-emetuese (LED-at)
dhe gas plazmave, LCD-të lejojnë ekranet që të jenë shumë më të hollë
për nga paketimi se ato me teknologji të gypit katodik (angl. Cathode
Ray Tube-CRT) dhe kanë përparësi, pasi që shpenzojnë më pak rrymë
elektrike. Në figurën në vijim janë paraqitur disa pajisje të cilat
përdorin LCD edhe pse ato janë të shumta, pasi që në ditët e sotme gati
çdo pajisje ka një ekran kontrollues të integruar, që përbëhet nga
LCD-të dhe që kontrollon pajisjen, me një fjalë ajo është çdokund rreth
nesh.

Figura 7. Pamje e disa prej pajisjeve që përdorin LCD-të

Publikimet e fundit në teknologjinë e LCD-ve

Polymer Vision, bijë e kompanisë së madhe elektronike Philips, ka
prezantuar ekranin e parë mbështjellës të ndërtuar prej LCD-ve me
teknologjinë TFTLCD apo të LCD-ve me transistorë me shtresë të hollë
(angl. Thin Film Transistors –TFT). Ekrani monokromatik ka diagonale
prej 12 cm (5 inç), me rezolucion 320x240 pikësh dhe mund të mbështillet në vetëm 2 cm.
Në vend se të ketë bazë prej qelqi, inxhinierët e Polymer Vision,
transistorët të cilët shërbejnë për kontrollimin e secilës pikë, i kanë
vendosur në plastikën mbështjellëse dhe në këtë mënyrë kanë krijuar një
ekran të tërë, i cili mund të mbështillet madje edhe kur në të
paraqitet forografia.
E tërë komponentja është e trashë vetëm 25 mikronë, nën të cilin
gjendet tablloja (paneli) 200 mikronësh prej "lëngut elektronik".
Tensioni nevojitet vetëm për të ndërruar fotografinë e paraqitur, por
jo edhe që ajo të mbetet e paraqitur, gjë që këtë teknologji e bën të
përshtatshme për shfrytëzim në aparate, të cilat kushtëzohen nga
shpenzimi i vogël, praktikisht në të gjitha aparatet mobile. (1 Shkurt
2004 – "Nature Materials")

Figura 8. Pamje të ekranit mbështjellës të publikuar nga Polymer Vision - Philips

LITERATURA

ENCARTA – Microsoft® Encyclopedia Deluxe 2003
http://www.howstuffworks.com nga Jeff Tyson
http://www.nobel.se
http://www.thetartan.org nga Joe Elliot
http://www.atip.org
http://home.gwi.net
http://cgi.ebay.com
Koha Ditore, përkatësisht nga magazina shkencore "Nature Materials"